Sciences physiques

Comme une langue bien vivante

source : Start with a bang

Un jeu vidéo relativiste

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Qu’est ce que cela fait d’approcher la vitesse de la lumière ? La relativité est terriblement difficile à comprendre parce qu’elle décrit des effets qui ne nous sont pas du tout familiers. La plus grande vitesse jamais atteinte par les êtres humains est de 11 km/s, très loin derrière les 300 000 km/s de la lumière ! Partant de cette constatation, une équipe du MIT a développé un jeu vidéo qui permet de visualiser les différents effets expérimentés par un voyageur se rapprochant de la vitesse de la lumière :

Dans ce jeu, on se déplace dans un village où il y a des Orbs, des boules que l’on accumule et qui font diminuer la vitesse de la lumière. C’est un peu comme  Mr Tompkins, le personnage inventé par G. Gamow pour faire comprendre les effets relativisites, mais version 2010. Au fur et à mesure que la vitesse de la lumière diminue, on observe :

L’effet Doppler

Lorsqu’on se déplace dans le village, les couleurs se modifient dans la direction du mouvement. On pense généralement à l’effet Doppler pour le son, mais si l’on se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière, celui-ci devient sensible pour la lumière.

L’effet Doppler. Crédits : JP Penot (CNES) et B. Nicolas, ill. B Nicolas.

Ainsi, dans un monde où la vitesse de la lumière est proche de notre vitesse de déplacement, la lumière provenant des objets vers lesquels on se déplace sera perçue de plus haute fréquence qu’elle ne l’est en réalité. Qui dit plus haute fréquence, dit plus petite longueur d’onde et la lumière sera décalée vers le bleu. Si l’on marche à reculons, ce sera le phénomène inverse et on verra un décalage vers le rouge. Ainsi, on percevra les ultra-violets devant et les infra-rouges derrière. C’est exactement ce qui se passe avec les étoiles et les planètes que l’on observe dans l’univers.

 L’aberration relativiste

Lors d’un déplacement latéral, on observe une intensité plus forte en provenance des objets vers lesquels on se dirige par rapport à ceux dont on s’éloigne. Ceci est du au fait que l’on reçoit plus de lumière dans le sens du mouvement que dans la direction opposée.

La dilatation des longueurs

Les longueurs se dilatent pour un observateur en mouvement relativiste. Ainsi, ce qui est devant est perçu plus éloigné et ce qui est derrière est perçu plus proche.Dans le jeu, cet effet est facilement perceptible : lorsqu’on avance, la scène semble avoir un premier mouvement de recul. Afin de mieux apprécié les dilatations des longueurs, les programmeurs ont enlevé tous les effets de coloration lorsqu’on a trouvé les 100 Orbs :

Source : Andrew J S Hamilton and Gavin Polhemus
Les effets relativistes : dans la direction du mouvement, les longueurs se dilatent, la lumière est décalée vers le bleu et l’on reçoit plus de lumière.

 

La dilatation du temps

Enfin, l’effet de dilatation du temps apparaît dans le dernier tableau. Lorsque l’on a finit le jeu, le temps total dans le jeu est donné, et bien sûr, il est inférieur au temps qui s’est réellement déroulé dans la réalité :

Pour télécharger le jeu, rendez-vous sur la page du MIT.

Image de prévisualisation YouTube

Auteur : Cédric Lémery

Professeur de sc. physique-chimie au lycée du Forez à Feurs. Animateur de la page facebook LaPhysiqueAuBacS, prof consultant de campusbac, chaîne de canalsat. Co-auteur de delaphysique.com, 1ère web-fiction pédagogique. Docteur en physique de la terre.

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